WO2010084255A1 - Procede et dispositif de determination de la pression en amont d'une turbine d'un turbocompresseur de suralimentation d'un moteur thermique - Google Patents

Procede et dispositif de determination de la pression en amont d'une turbine d'un turbocompresseur de suralimentation d'un moteur thermique Download PDF

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WO2010084255A1
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turbine
compressor
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pressure
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Laurent Fontvieille
Nicolas D'angelo
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Renault Sas
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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the upstream pressure of a turbine of a turbocharger supercharging a heat engine.
  • a sensor for example of the piezoelectric type measuring a variation of pressure.
  • the present invention proposes to replace a pressure sensor with an estimator.
  • the invention relates to a method for determining, for a turbocharger supercharging a heat engine comprising a turbine driven by the exhaust gases from said engine and mechanically integral in rotation of a compressor to compress the air intake injected into the heat engine, the pressure upstream of the turbine according to the intake air flow through the compressor, the pressure upstream of the compressor, the temperature upstream of the compressor, the pressure downstream of the compressor, the temperature upstream of the turbine and the pressure downstream of the turbine.
  • FIG. 1 illustrates a heat engine with a turbocharger
  • FIG. 2 illustrates a heat engine equipped with a supercharging device comprising two turbochargers
  • FIG. 3 presents a diagram showing the input and output variables of the process
  • FIG. 4 presents a block diagram of a first embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 5 shows a block diagram of a second embodiment of the method according to the invention
  • FIGS. 6-10 show the respective cartographies of the functions f1, f2, f3, f4 and f5,
  • FIGS. 11-14 show the respective numerical definitions of the functions f 1 -f 4,
  • N speed or rotational speed (turbocharger)
  • R pressure ratio (compressor compression ratio, turbine expansion ratio)
  • thermodynamic constant coefficient equal to Cp / Cv
  • J moment of inertia (turbocharger).
  • indices c compressor, t turbine, cor corrected quantity, ref reference quantity, u upstream, downstream, n time index, no current calculation, n-1 no previous current calculation.
  • FIG. 1 illustrates the context of the invention.
  • a heat engine 4 conventionally receives by tubing
  • the engine 4 produces exhaust gas 7 which escapes through exhaust pipes 8.
  • a turbocharger 1 of supercharging makes it possible to increase the quantity of air admitted by the engine.
  • heat engine 4. for this the turbocharger 1 comprises a turbine 2 and a compressor 3.
  • the turbine 2 is fluidly connected to the exhaust pipes 8 to be driven by the exhaust gas 7 from the engine 4.
  • the turbine 2 is mechanically secured to the compressor 3 which rotates.
  • the compressor 3 is fluidly connected to the intake manifolds 6, so that the compressor 3 compresses the intake air 5 before entering the heat engine 4. It is possible to isolate the turbine 2 by means of a by-pass valve 11. It is possible to isolate the compressor by means of a by-pass valve 10.
  • Reference 9 shows an intake air flow sensor 5.
  • the diagram in Figure 3 illustrates this same environment and presents the variables of the system.
  • the turbocharger 1 is connected to the engine 4.
  • the turbine 2 is disposed on the exhaust 8.
  • the compressor 3 is disposed on the intake 6.
  • FIG. 2 illustrates a particular case of use.
  • a second turbocharger 15 is added in series.
  • the supercharging is then performed by a double stage turbocharger.
  • the second turbocharger 15 performs a first compression of the intake air 5. It is still called low pressure turbocharger.
  • the first turbocharger 1 then performs a second compression of the intake air 5 from the compressor of the low pressure turbocharger.
  • the first turbocharger 1 is still referred to as a turbocharger 1 high pressure.
  • a bypass valve 12 isolates the low pressure turbine.
  • the invention is particularly applicable to the case of the turbocharger 1 high pressure.
  • the method is particularly suitable for a turbocharger with fixed geometry.
  • the six input quantities of the method according to the invention are advantageously determined by means of sensors for the air flow Q c of admission through the compressor 3, the pressure P dc downstream of the compressor 3 and the temperature T ut upstream of the turbine 2, while the pressure P uc upstream of the compressor 3, the temperature T uc upstream of the compressor 3 and the pressure P dt downstream of the turbine 2 are determined by a determining estimator.
  • the sizes of the low pressure turbocharger are advantageously determined by means of sensors for the air flow Q c of admission through the compressor 3, the pressure P dc downstream of the compressor 3 and the temperature T ut upstream of the turbine 2, while the pressure P uc upstream of the compressor 3, the temperature T uc upstream of the compressor 3 and the pressure P dt downstream of the turbine 2 are determined by a determining estimator.
  • the sizes of the low pressure turbocharger are advantageously determined by means of sensors for the air flow Q c of admission through the compressor 3, the pressure P dc downstream of the compressor 3 and the temperature T
  • the pressure P dt downstream of the high pressure turbine 2 is equal to the pressure upstream of the low pressure turbine. It may be necessary to cool the intake air 5.
  • the choice has been made to use only a single heat exchanger 13, if any, disposed downstream of the compressor 3.
  • the absence of heat exchanger in the intake manifold 6 between the low pressure compressor and the high pressure compressor 3 it is possible to know the temperature T uc upstream of the high pressure compressor 3, since it is equal to the temperature downstream of the low pressure compressor .
  • the method for determining the pressure P ut upstream of the turbine 2 can arbitrarily be divided into six steps:
  • steps 1-4 and 6 are identical in both embodiments. Only step 5 differentiates them.
  • step 1) is calculated the corrected regime N cor of the turbocharger 1, as a function of the compression ratio R c of the compressor 3 and the corrected flow rate Q c cor of intake air through the compressor 3 by means of a function f1.
  • This function f1 of the compression ratio Rc of the compressor 3 and the corrected flow rate Qc cor of intake air through the compressor 3 is calculated at block f1.
  • This same function f can also be equivalently defined by an array (mono or two-dimensional) of numbers.
  • function f1 is, for example, defined by the surface of FIG. 6 or equivalently by a two-dimensional array of numbers.
  • function f1 is perfectly defined by the table of FIG. 11 where x is read on the first column, y on the first line and the result z at the intersection of line x and column y. In known manner the result is determined by interpolation when the values x or y are not directly present in the table.
  • the various function maps fl-f5 are thus determined for a compressor 3 and a turbine 2 given for illustrative purposes and represented respectively in FIGS. 6-10.
  • the skilled person knows how to determine the mapping of the functions fl-f5, directly or by adapting (scaling, change of unit ...) operating maps provided by the manufacturers of these rotating machines 2, 3.
  • the compression ratio R c of the compressor 3 is by definition equal to the ratio of the upstream pressure P uc of the compressor 3 to the downstream pressure P dc of compressor 3 and is calculated at block 20.
  • T uc is the temperature upstream of the compressor 3
  • P uc is the pressure upstream of the compressor 3
  • T c r e f is a reference temperature of the compressor 3
  • P re is a reference pressure of the compressor 3.
  • This formula is implemented in block 21.
  • the temperatures T c ref and reference pressure P c ref are defined in order to allow a simplified calculation of the various mapped functions fl-f5 by always reducing to reference conditions allowing the use of a single mapping for each functional function. f5.
  • step 2) is calculated the N regime of the turbocharger
  • N is the speed of turbocharger 1
  • N cor is the corrected speed of turbocharger 1
  • T uc is the temperature upstream of compressor 3
  • T cre f is the reference temperature of the compressor 3, previously described.
  • This formula is implemented in block 22.
  • H c is the power of the compressor 3
  • Q c is the intake air flow through the compressor 3
  • ⁇ c is the efficiency of the compressor 3
  • T uc is the temperature upstream of the compressor 3
  • R c is the compression ratio of the compressor 3
  • Cp c is a first thermodynamic constant of the intake air
  • ⁇ c is a second thermodynamic constant of the intake air.
  • the efficiency ⁇ c of the compressor 3, which is an input of said step 3), is calculated according to the corrected regime
  • the first thermodynamic constant Cp c of the intake air 5 is the heat capacity of the admission air 5 at constant pressure and is equal to 1005 J / kg / K
  • the second thermodynamic constant ⁇ c of the intake air 5 is the ratio factor Cp c / Cv c of the thermal capacities of the intake air 5 at constant pressure and constant volume respectively and is equal to 1.4.
  • H t is the power of the turbine 2
  • H c is the power of the compressor 3
  • N is the speed of the turbocharger 1
  • J is a constant equal to the moment of inertia of the turbocharger 1. This formula, resulting from the fundamental relationship of the dynamics is implemented in block 24.
  • step 5 The purpose of step 5) is to calculate the expansion ratio R t of the turbine 2. Two embodiments of this step 5) leading respectively to the block diagram of FIG. 4 and FIG. 5 are proposed here.
  • the expansion ratio R t of the turbine 2 is calculated as a function of the corrected flow rate Q t ro r of exhaust gas 7 through the turbine 2 by means of 'a function f4 of the corrected flow rate Q t of exhaust gas 7 through the turbine 2, made at block f4.
  • This function f4 is defined by one-dimensional mapping.
  • Figure 9 illustrates the mapping of the function f4.
  • the function f4 is further defined by the table of FIG. 14.
  • T ut is the temperature upstream of the turbine 2
  • P ut is the pressure upstream of the turbine 2
  • the index n-1 indicating here that it is determined at the time interval n-1 preceding the interval current time n.
  • This formula is implemented in block 26.
  • the flow rate Q t of exhaust gas 7 through the turbine 2 is calculated according to the formula:
  • H t is the power of the turbine 2
  • ⁇ t is the efficiency of the turbine 2
  • T ut is the temperature upstream of the turbine 2
  • R t is the expansion ratio of the turbine 2
  • Cp t is a first thermodynamic constant of the exhaust gas I 1
  • Y t is a second thermodynamic constant of the exhaust gas 7.
  • Block 28 is a delay block 1 / z for memorizing the value P ut (n-1) of the magnitude P ut of the previous time interval n-1.
  • Block 29 is a multiplicative block for calculating R t (n-1) by multiplying P ut (n-1) by P dt .
  • the expansion ratio R t of the turbine 2 is calculated as a function of the power H t of the turbine 2, the flow rate Q t of the exhaust gas 7 through the turbine 2, the efficiency ⁇ t of the turbine 2, the temperature T ut upstream of the turbine 2, according to the formula:
  • R t is the expansion ratio of the turbine 2
  • H t is the power of the turbine 2
  • Q t is the flow of exhaust gas 7 through the turbine 2
  • the index n-1 indicating here that it is determined at the time interval n-1 previous
  • ⁇ t is the efficiency of the turbine 2
  • T ut is the temperature upstream of the turbine 2
  • Cp t is a first thermodynamic constant of the exhaust gas 7
  • Y t is a second thermodynamic constant of the exhaust gas 7.
  • Q t is the flow of exhaust gas 7 through the turbine 2, the index n-1 indicating here that it is determined at the time interval n-1 above,
  • P ut is the pressure upstream of the turbine 2, the index n-1 indicating here that it is determined at the interval of previous time n-1, and
  • T ut is the temperature upstream of the turbine 2.
  • This formula is implemented in block 31.
  • the corrected flow rate Q t r co exhaust gas 7 through the turbine 2 is calculated based on the expansion ratio
  • R t of the turbine 2 by means of a function f5 of the expansion ratio R t of the turbine 2.
  • This function is carried out at block f5.
  • Said function f5 is defined by one-dimensional mapping.
  • Figure 10 illustrates the mapping of the function f5.
  • Function f5 is the inverse function of function f4.
  • the function f5 is further defined by the table of FIG. 14.
  • thermodynamic constant Cp t of the exhaust gas 7 is the heat capacity of the exhaust gas 7 at constant pressure and is equal to 1136 J / kg / K
  • second constant thermodynamic ⁇ t of the exhaust gas 7 is the coefficient ratio Cp t / Cv t of the thermal capacities of the exhaust gas
  • step 5 The two variants of step 5) according to the two embodiments require a determination of the efficiency ⁇ t of the turbine 2.
  • the latter is calculated as a function of the corrected regime N cor of the turbocompressor 1 and the expansion ratio R t (n -1) of the turbine 2 determined at the time interval n-1 above, by means of a function f3 of the corrected regime N cor of the turbocharger 1 and the expansion ratio R t of the turbine 2, made at block f3 .
  • Said function f3 is defined by a two-dimensional map.
  • Figure 8 illustrates the mapping of the function f3.
  • the function f3 is further defined by the table of FIG. 13.
  • P ut is the pressure upstream of the turbine 2
  • P dt is the pressure downstream of the turbine 2
  • R t is the expansion ratio of the turbine 2, previously determined in step 5).
  • the invention also relates to an estimator realized by means of a logic, mechanical, electronic or hydraulic device or a controller and its software program, able to implement the method according to one of the previously described embodiments.
  • FIG. 12 compares the results obtained by the method or the estimator according to the invention. For the same event (transitional
  • Curve 16 shows the result obtained with the first embodiment.
  • Curve 17 shows the result obtained with the second embodiment. The result is very satisfactory when compared with a reference curve 18.

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Abstract

Procédé de détermination, pour un turbocompresseur (1) de suralimentation d'un moteur thermique (4) comprenant une turbine (2) et un compresseur (3), de la pression (Put) en amont de la turbine (2) en fonction du débit (Qc) d'air d'admission, de la pression (Puc) en amont du compresseur (3), de la température (Tuc) en amont du compresseur (3), de la pression (Pdc) en aval du compresseur (3), de la température (Tut) en amont de la turbine (2) et de la pression (Pdt) en aval de la turbine (2).

Description

Procédé et dispositif de détermination de la pression en amont d'une turbine d'un turbocompresseur de suralimentation d' un moteur thermique
La présente invention concerne un procédé de détermination de la pression en amont d'une turbine d'un turbocompresseur de suralimentation d'un moteur thermique.
Dans le domaine de la mesure de pression il est généralement connu d'utiliser un capteur, par exemple du type piézoélectrique mesurant une variation de pression.
Cependant l'implantation d'un tel capteur est coûteuse. La présente invention se propose de remplacer un capteur de pression par un estimateur.
L'invention a pour objet un procédé de détermination, pour un turbocompresseur de suralimentation d'un moteur thermique comprenant une turbine entraînée par les gaz d'échappement issus dudit moteur thermique et mécaniquement solidaire en rotation d'un compresseur afin de comprimer l'air d'admission injecté dans le moteur thermique, de la pression en amont de la turbine en fonction du débit d'air d'admission au travers du compresseur, de la pression en amont du compresseur, de la température en amont du compresseur, de la pression en aval du compresseur, de la température en amont de la turbine et de la pression en aval de la turbine.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure 1 illustre un moteur thermique avec un turbocompresseur de suralimentation,
- la figure 2 illustre un moteur thermique équipé d'un dispositif de suralimentation comprenant deux turbocompresseurs, - la figure 3 présente un schéma figurant les variables d'entrée et de sortie du procédé, la figure 4 présente un bloc-diagramme d'un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention, - la figure 5 présente un bloc-diagramme d'un second mode de réalisation du procédé selon l'invention, les figures 6-10 présentent les cartographies respectives des fonctions fl, f2, f3, f4 et f5,
- les figures 11-14 présentent les définitions numériques respectives des fonctions fl-f4,
- la figure 15 illustre la qualité du résultat produit par le procédé.
Afin de faciliter la lecture de la description, des blocs-diagrammes et particulièrement des formules, il est utilisé les notations suivantes : variables :
N : régime ou vitesse de rotation (du turbocompresseur) , R : rapport de pression (rapport de compression du compresseur, rapport de détente de la turbine) ,
Q débit,
P pression
H puissance,
T température, η rendement,
Cp constante thermodynamique, capacité thermique à pression constante,
Cv constante thermodynamique capacité thermique à volume constant,
Y : constante thermodynamique, coefficient égal à Cp/Cv,
J : moment d'inertie (du turbocompresseur) . indices : c compresseur, t turbine, cor grandeur corrigée, ref grandeur de référence, u amont, d aval, n indice du temps, pas de calcul courant, n-1 pas de calcul courant précédent.
La figure 1 illustre le contexte de l'invention. Un moteur thermique 4 reçoit classiquement par des tubulures d'admission 6 de l'air 5. Le moteur 4 produit des gaz d'échappement 7 qui s'échappent par des tubulures d'échappement 8. Un turbocompresseur 1 de suralimentation permet d'augmenter la quantité d'air 5 admise par le moteur thermique 4. Pour cela le turbocompresseur 1 comprend une turbine 2 et un compresseur 3. La turbine 2 est fluidiquement connectée sur les tubulures d'échappement 8 afin d'être entraînée par les gaz d'échappement 7 issus du moteur thermique 4. La turbine 2 est mécaniquement solidaire du compresseur 3 qu'elle entraîne en rotation. Le compresseur 3 est fluidiquement connecté sur les tubulures d'admission 6, afin que le compresseur 3 comprime l'air d'admission 5 avant son entrée dans le moteur thermique 4. Il est possible d'isoler la turbine 2 au moyen d'une vanne de by-pass 11. Il est possible d'isoler le compresseur au moyen d'une vanne de by-pass 10. Le repère 9 figure un capteur de débit d'air d'admission 5.
Le schéma de la figure 3 illustre ce même environnement et présente les variables du système. Le turbocompresseur 1 est relié au moteur 4. La turbine 2 est disposée sur l'échappement 8. Le compresseur 3 est disposé sur l'admission 6.
Le problème tel que posé suppose que l'on souhaite estimer la pression Put en amont de la turbine 2, figurée encadrée sur la figure 3. On suppose connues les grandeurs suivantes : débit Qc (non représenté) d'air d'admission au travers du compresseur 3, la pression Puc en amont du compresseur 3, la température Tuc en amont du compresseur 3, la pression Pdc en aval du compresseur 3, la température Tut en amont de la turbine 2 et la pression Pdt en aval de la turbine 2.
La connaissance de cette pression Put en amont de la turbine 2 est primordiale afin de piloter finement ledit turbocompresseur 1 afin d'éviter sa détérioration et d'améliorer le brio du véhicule lors des transitoires. Cependant, il n'est pas souhaité de recourir à un capteur de pression. L'objet de l'invention est ainsi une méthode d'estimation de cette pression en fonction des six autres grandeurs connues par ailleurs.
La figure 2 illustre un cas particulier d'utilisation. Ici un second turbocompresseur 15 est ajouté en série. La suralimentation est alors réalisée par un double turbocompresseur étage. Le second turbocompresseur 15 réalise une première compression de l'air d'admission 5. Il est encore dénommé turbocompresseur basse pression. Le premier turbocompresseur 1 réalise ensuite une seconde compression de l'air d'admission 5 issu du compresseur du turbocompresseur 15 basse pression. Le premier turbocompresseur 1 est encore dénommé turbocompresseur 1 haute pression. Une vanne de by- pass 12 permet d'isoler la turbine basse pression. L'invention s'applique particulièrement au cas du turbocompresseur 1 haute pression. La méthode est particulièrement adaptée à un turbocompresseur à géométrie fixe .
Dans cette configuration particulière, les six grandeurs d'entrée du procédé selon l'invention sont avantageusement déterminées au moyen de capteurs pour le débit d'air Qc d'admission au travers du compresseur 3, la pression Pdc en aval du compresseur 3 et la température Tut en amont de la turbine 2, tandis que la pression Puc en amont du compresseur 3, la température Tuc en amont du compresseur 3 et la pression Pdt en aval de la turbine 2 sont déterminées par un estimateur déterminant les grandeurs du turbocompresseur 15 basse pression.
Comme visible sur la figure 2, la pression Pdt en aval de la turbine 2 haute pression est égale à la pression en amont de la turbine basse pression. II peut être nécessaire de refroidir l'air d'admission 5. Le choix a été fait de n'utiliser qu'un unique échangeur thermique 13, le cas échéant, disposé en aval du compresseur 3. Ainsi, l'absence d' échangeur dans la tubulure d'admission 6 entre le compresseur basse pression et le compresseur 3 haute pression, permet de connaître la température Tuc en amont du compresseur 3 haute pression, puisqu'elle est égale à la température à l'aval du compresseur basse pression.
Le principe du procédé selon l'invention est illustré selon deux modes de réalisation par les blocs diagrammes des figures 4 et 5.
Le procédé de détermination de la pression Put en amont de la turbine 2 peut arbitrairement être découpé en six étapes suivantes :
1) calcul du régime corrigé Ncor du turbocompresseur 1, en fonction du rapport de compression Rc du compresseur 3 et du débit corrigé Qc cor d'air d'admission au travers du compresseur 3, 2) calcul du régime N du turbocompresseur 1 en fonction du régime corrigé Ncor du turbocompresseur 1 et de la température Tuc en amont du compresseur 3,
3) calcul de la puissance Hc du compresseur 3 en fonction du débit Qc d'air d'admission au travers du compresseur 3, du rendement ηc du compresseur 3, de la température Tuc en amont du compresseur 3 et du rapport de compression Rc du compresseur 3,
4) calcul de la puissance Ht de la turbine 2 en fonction du régime N du turbocompresseur 1 et de la puissance Hc du compresseur 3,
5) calcul du rapport de détente Rt de la turbine 2,
6) calcul de la pression Put en amont de la turbine 2 en fonction de la pression Pdt en aval de la turbine 2 et du rapport de détente Rt de la turbine 2. A noter que les étapes 1-4 et 6 sont identiques dans les deux modes de réalisations. Seule l'étape 5 les différencie.
A l'étape 1) est calculé le régime corrigé Ncor du turbocompresseur 1, en fonction du rapport de compression Rc du compresseur 3 et du débit corrigé Qc cor d'air d'admission au travers du compresseur 3 au moyen d'une fonction f1. Cette fonction fl du rapport de compression Rc du compresseur 3 et du débit corrigé Qc cor d'air d'admission au travers du compresseur 3 est calculée au bloc f1. Cette fonction fl est définie par une cartographie à deux dimensions. Une cartographie est un moyen connu de définir une fonction f. Ladite fonction f est définie de manière graphique par une courbe (cartographie à une dimension) ou une surface (cartographie à deux dimensions) . De manière connue et classique le résultat z de la fonction f (x) = z
(une dimension) ou f (x,y) = z (deux dimensions) est déterminé graphiquement à partir de la donnée de la courbe ou de la surface. Cette même fonction f peut encore de manière équivalente être définie par un tableau (mono ou bidimensionnel) de nombres.
Ainsi la fonction fl est, par exemple, définie par la surface de la figure 6 ou de manière équivalente par un tableau bidimensionnel de nombres. Ainsi la fonction fl est parfaitement définie par le tableau de la figure 11 où x se lit sur la première colonne, y sur la première ligne et le résultat z au croisement de la ligne x et de la colonne y. De manière connue le résultat est déterminé par interpolation lorsque les valeurs x ou y ne sont pas directement présentes dans le tableau.
Les différentes cartographies de fonction fl-f5, sont ainsi déterminées pour un compresseur 3 et une turbine 2 donnés à titre illustratif et représentés respectivement aux figures 6-10. En cas d'application à une turbine 2 ou à un compresseur 3 différents de ceux considérés ici, l'homme du métier sait déterminer les cartographies des fonctions fl-f5, directement ou en adaptant (mise à l'échelle, changement d'unité...) des cartographies de fonctionnement fournies par les constructeurs de ces machines tournantes 2, 3. Le rapport de compression Rc du compresseur 3 est par définition égal au rapport de la pression amont Puc du compresseur 3 à la pression aval Pdc du compresseur 3 et est calculé au bloc 20.
Le débit corrigé Qc cor d'air d'admission du compresseur 3
est calculé selon la formule Q V c cor - ou
Figure imgf000007_0001
_ref
Qc cor est le débit corrigé d'air d'admission 5 au travers du compresseur 3,
Tuc est la température en amont du compresseur 3, Puc est la pression en amont du compresseur 3, Tc ref est une température de référence du compresseur 3, Pc ref est une pression de référence du compresseur 3.
Cette formule est mise en œuvre au bloc 21.
Les température Tc ref et pression Pc ref de référence sont définies afin de permettre un calcul simplifié des différentes fonctions cartographiées fl-f5 en se ramenant toujours à des conditions de références permettant l'utilisation d'une unique cartographie pour chaque fonction fl-f5. Les températures et pressions de références sont dans les exemples illustratifs fournis, égales à : Tc_ref = 2980K, Tt_ref = 8730K, Pc_ref = Pt_ref = 1 atm.
A l'étape 2) est calculé le régime N du turbocompresseur
1 selon la formule : où
Figure imgf000008_0001
N est le régime du turbocompresseur 1, Ncor est le régime corrigé du turbocompresseur 1, Tuc est la température en amont du compresseur 3,
Tc ref est la température de référence du compresseur 3, décrite précédemment.
Cette formule est mise en œuvre au bloc 22.
A l'étape 3) est calculé la puissance Hc du compresseur 3 selon la formule : Hc= , ou
Figure imgf000008_0002
Hc est la puissance du compresseur 3,
Qc est le débit d'air d'admission au travers du compresseur 3, ηc est le rendement du compresseur 3, Tuc est la température en amont du compresseur 3,
Rc est le rapport de compression du compresseur 3,
Cpc est une première constante thermodynamique de l'air d' admission, γc est une seconde constante thermodynamique de l'air d'admission.
Cette formule est mise en œuvre au bloc 23.
Le rendement ηc du compresseur 3, qui est une entrée de ladite étape 3) , est calculé en fonction du régime corrigé
NCor du turbocompresseur 1 et du débit corrigé Qc cor d'air d'admission au travers du compresseur 3, au moyen d'une fonction f2 du régime corrigé Ncor du turbocompresseur 1 et du débit corrigé Qc cor d'air d'admission au travers du compresseur 3, cette fonction est réalisée au bloc f2. Ladite fonction f2 est définie par une cartographie à deux dimensions. La figure 7 illustre la cartographie de la fonction f2. La fonction f2 est encore définie par le tableau de la figure 12.
Dans la formule précédente, la première constante thermodynamique Cpc de l'air d'admission 5 est la capacité thermique de l'air d'admission 5 à pression constante et est égale à 1005 J/kg/K, et la seconde constante thermodynamique γc de l'air d'admission 5 est le coefficient rapport Cpc/Cvc des capacités thermiques de l'air d'admission 5 respectivement à pression constante et à volume constant et est égale à 1,4.
A l'étape 4) est ensuite calculée la puissance Ht de la dN turbine 2 selon la formule : H1=JN H 1 où dt
Ht est la puissance de la turbine 2, Hc est la puissance du compresseur 3, N est le régime du turbocompresseur 1,
— est l'opérateur de dérivation par rapport à la dt variable temps et,
J est une constante égale au moment d'inertie du turbocompresseur 1. Cette formule, issue de la relation fondamentale de la dynamique est mise en œuvre au bloc 24.
L'étape 5) a pour but de calculer le rapport de détente Rt de la turbine 2. Il est ici proposé deux modes de réalisation de cette étape 5) conduisant respectivement au schéma bloc de la figure 4 et de la figure 5.
Selon un premier mode de réalisation illustré au schéma bloc de la figure 4 le rapport de détente Rt de la turbine 2 est calculé en fonction du débit corrigé Qt cor de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2 au moyen d'une fonction f4 du débit corrigé Qt cor de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2, réalisée au bloc f4. Cette fonction f4 est définie par une cartographie à une dimension. La figure 9 illustre la cartographie de la fonction f4. La fonction f4 est encore définie par le tableau de la figure 14.
Ce débit corrigé Qt cor de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2 est calculé selon la formule : r\ SΛ "V ut
Qt cor est le débit corrigé de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2,
Qt est le débit de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2,
Tut est la température en amont de la turbine 2, Put est la pression en amont de la turbine 2, l'indice n- 1 indiquant ici qu'elle est déterminée à l'intervalle de temps n-1 précédent l'intervalle de temps courant n.
Cette formule est mise en œuvre au bloc 26.
Le débit Qt de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2 est calculé selon la formule :
Figure imgf000010_0001
Qt est le débit de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2,
Ht est la puissance de la turbine 2, ηt est le rendement de la turbine 2,
Tut est la température en amont de la turbine 2,
Rt est le rapport de détente de la turbine 2, l'indice n-
1 indiquant ici qu'il est déterminé à l'intervalle de temps n-1 précédent, Cpt est une première constante thermodynamique du gaz d'échappement I1
Yt est une seconde constante thermodynamique du gaz d'échappement 7.
Le bloc 28 est un bloc délai 1/z permettant de mémoriser la valeur Put(n-1) de la grandeur Put de l'intervalle de temps précédent n-1.
Le bloc 29 est un bloc multiplicatif permettant de calculer Rt(n-1) en multipliant Put(n-1) par Pdt .
Selon un second mode de réalisation illustré au schéma bloc de la figure 5 le rapport de détente Rt de la turbine 2 est calculé en fonction de la puissance Ht de la turbine 2, du débit Qt de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2, du rendement ηt de la turbine 2, de la température Tut en amont de la turbine 2, selon la formule :
Figure imgf000011_0001
Rt est le rapport de détente de la turbine 2,
Ht est la puissance de la turbine 2, Qt est le débit de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2, l'indice n-1 indiquant ici qu'il est déterminé à l'intervalle de temps n-1 précédent, ηt est le rendement de la turbine 2,
Tut est la température en amont de la turbine 2, Cpt est une première constante thermodynamique du gaz d'échappement 7,
Yt est une seconde constante thermodynamique du gaz d'échappement 7.
Cette formule est mise en œuvre au bloc 30. Le débit Qt de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2 est calculé en fonction du débit corrigé Qt cor de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2 selon la formule : où
Figure imgf000011_0002
Qt est le débit de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2, l'indice n-1 indiquant ici qu'il est déterminé à l'intervalle de temps n-1 précédent,
Qt cor est le débit corrigé de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2,
Put est la pression en amont de la turbine 2, l'indice n- 1 indiquant ici qu'elle est déterminée à l'intervalle de temps n-1 précédent, et
Tut est la température en amont de la turbine 2.
Cette formule est mise en œuvre au bloc 31.
Le débit corrigé Qt cor de gaz d'échappement 7 au travers de la turbine 2 est calculé en fonction du rapport de détente
Rt de la turbine 2 au moyen d'une fonction f5 du rapport de détente Rt de la turbine 2. Cette fonction est réalisée au bloc f5. Ladite fonction f5 est définie par une cartographie à une dimension. La figure 10 illustre la cartographie de la fonction f5. La fonction f5 est la fonction inverse de la fonction f4. La fonction f5 est encore définie par le tableau de la figure 14.
Dans les formules précédentes des blocs 25 et 31, la première constante thermodynamique Cpt du gaz d'échappement 7 est la capacité thermique du gaz d'échappement 7 à pression constante et est égale à 1136 J/kg/K, et la seconde constante thermodynamique γt du gaz d'échappement 7 est le coefficient rapport Cpt/Cvt des capacités thermiques du gaz d'échappement
7 respectivement à pression constante et à volume constant et est égale à 1,34.
Les deux variantes de l'étape 5) selon les deux modes de réalisation nécessitent une détermination du rendement ηt de la turbine 2. Ce dernier est calculé en fonction du régime corrigé Ncor du turbocompresseur 1 et du rapport de détente Rt(n-1) de la turbine 2 déterminé à l'intervalle de temps n-1 précédent, au moyen d'une fonction f3 du régime corrigé Ncor du turbocompresseur 1 et du rapport de détente Rt de la turbine 2, réalisée au bloc f3. Ladite fonction f3 est définie par une cartographie à deux dimensions. La figure 8 illustre la cartographie de la fonction f3. La fonction f3 est encore définie par le tableau de la figure 13.
L'étape finale 6) calcule le résultat, à savoir la pression Put en amont de la turbine 2, selon la formule : Put = PdtRt , issue de la définition de Rt, où
Put est la pression en amont de la turbine 2,
Pdt est la pression en aval de la turbine 2 et
Rt est le rapport de détente de la turbine 2, précédemment déterminé à l'étape 5) .
Cette formule est mise en oeuvre au bloc multiplicatif 27.
L'invention concerne encore un estimateur réalisé au moyen d'un dispositif logique, mécanique, électronique, hydraulique ou encore d'un contrôleur et son programme logiciel, apte à mettre en œuvre le procédé selon l'un des modes de réalisation précédemment décrits.
La figure 12 présente de manière comparative les résultats obtenus par le procédé ou l'estimateur selon l'invention. Pour un même événement (transitoire à
2000tr/min) sont représenté surs un même système d'axes, la pression Put en amont de la turbine 2 en fonction du temps.
La courbe 16 figure le résultat obtenu avec le premier mode de réalisation. La courbe 17 figure le résultat obtenu avec le second mode de réalisation. Le résultat est très satisfaisant lorsqu'on le compare avec une courbe de référence 18.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination, pour un turbocompresseur (1) de suralimentation d'un moteur thermique (4) comprenant une turbine (2) entraînée par les gaz d'échappement (7) issus dudit moteur thermique (4) et mécaniquement solidaire en rotation d'un compresseur (3) afin de comprimer l'air d'admission (5) injecté dans le moteur thermique (4), de la pression (Put) en amont de la turbine (2) en fonction du débit (Qc) d'air d'admission (5) au travers du compresseur (3) , de la pression (Puc) en amont du compresseur (3) , de la température (Tuc) en amont du compresseur (3) , de la pression (Pdc) en aval du compresseur (3) , de la température (Tut) en amont de la turbine (2) et de la pression (Pdt) en aval de la turbine (2), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- calcul du régime corrigé (Ncor) du turbocompresseur (1), en fonction du rapport de compression (Rc) du compresseur (3) et du débit corrigé (Qc cor) d'air d'admission (5) au travers du compresseur (3) ,
- calcul du régime (N) du turbocompresseur (1) en fonction du régime corrigé (Ncor) du turbocompresseur (1) et de la température (Tuc) en amont du compresseur (3) , - calcul de la puissance (Hc) du compresseur (3) en fonction du débit (Qc) d'air d'admission (5) au travers du compresseur (3) , du rendement (ηc) du compresseur (3) , de la température (Tuc) en amont du compresseur (3) et du rapport de compression (Rc) du compresseur (3) , - calcul de la puissance (Ht) de la turbine (2) en fonction du régime (N) du turbocompresseur (1) et de la puissance (Hc) du compresseur (3) ,
- calcul du rapport de détente (Rt) de la turbine (2),
- calcul de la pression (Put) en amont de la turbine (2) en fonction de la pression (Pdt) en aval de la turbine (2) et du rapport de détente (Rt) de la turbine (2) .
2. Procédé selon la revendication 1, où le débit corrigé (Qc cor) d'air d'admission (5) du compresseur (3) est calculé
selon la formule Q V c cor - ou
Figure imgf000015_0001
_ref
Qc cor est le débit corrigé d'air d'admission (5) au travers du compresseur (3) , Tuc est la température en amont du compresseur (3) , Puc est la pression en amont du compresseur (3) , Tc ref est une température de référence du compresseur (3) , Pc ref est une pression de référence du compresseur (3) .
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, où le régime corrigé (NCOr) du turbocompresseur (1) est calculé en fonction du rapport de compression (Rc) du compresseur (3) et du débit corrigé (Qc cor) d'air d'admission (5) au travers du compresseur (3), au moyen d'une fonction (fl) du rapport de compression (PRC) du compresseur (3) et du débit corrigé (Qc cor) d'air d'admission (5) au travers du compresseur (3), ladite fonction (fl) étant définie par une cartographie à deux dimensions.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, où le régime (N) du turbocompresseur (1) est calculé selon la formule : où
Figure imgf000015_0002
N est le régime du turbocompresseur (1), NCor est le régime corrigé du turbocompresseur (1), Tuc est la température en amont du compresseur (3) ,
Tc ref est une température de référence du compresseur (3) .
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, où la puissance (Hc) du compresseur (3) est calculée selon la formule : Hc = QcCpc ou
Figure imgf000015_0003
Hc est la puissance du compresseur (3) ,
Qc est le débit d'air d'admission (5) au travers du compresseur (3) , ηc est le rendement du compresseur (3) , Tuc est la température en amont du compresseur (3) , Rc est le rapport de compression du compresseur (3) , Cpc est une première constante thermodynamique de l'air d' admission (5) , γc est une seconde constante thermodynamique de l'air d' admission (5) .
6. Procédé selon la revendication 5, où le rendement (ηc) du compresseur (3) est calculé en fonction du régime corrigé (Ncor) du turbocompresseur (1) et du débit corrigé (Qc cor) d'air d'admission (5) au travers du compresseur (3), au moyen d'une fonction (f2) du régime corrigé (Ncor) du turbocompresseur (1) et du débit corrigé (Qc cor) d'air d'admission (5) au travers du compresseur (3), ladite fonction (f2) étant définie par une cartographie à deux dimensions .
7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, où la première constante thermodynamique (Cpc) de l'air d'admission (5) est égale à 1005 J/kg/K, et où la seconde constante thermodynamique (γc) de l'air d'admission (5) est égale à 1,4.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, où la puissance (Ht) de la turbine (2) est calculée selon la dN formule : H1=JN Hc , où dt
Ht est la puissance de la turbine (2), Hc est la puissance du compresseur (3) , N est le régime du turbocompresseur (1),
— est l'opérateur de dérivation par rapport à la variable dt temps et,
J est une constante égale au moment d'inertie du turbocompresseur (1) .
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, où le rapport de détente (Rt) de la turbine (2) est calculé en fonction du débit corrigé (Qt cor) de gaz d'échappement (7) au travers de la turbine (2) au moyen d'une fonction (f4) du débit corrigé (Qt cor) de gaz d'échappement (7) au travers de la turbine (2), ladite fonction (f4) étant définie par une cartographie à une dimension.
10. Procédé selon la revendication 9, où le débit corrigé (Qt cor) de gaz d'échappement (7) au travers de la turbine (2) ιτut est calculé selon la formule : Qt cor = Qt — , où
Qt cor est le débit corrigé de gaz d ' échappement ( 7 ) au travers de la turbine ( 2 ) ,
Qt est le débit de gaz d ' échappement ( 7 ) au travers de la turbine ( 2 ) ,
Tut est la température en amont de la turbine (2), Put est la pression en amont de la turbine (2), l'indice (n- 1) indiquant ici qu'elle est déterminée à l'intervalle de temps (n-1) précédent.
11. Procédé selon la revendication 10, où le débit (Qt) de gaz d'échappement (7) au travers de la turbine (2) est calculé selon la formule : Q1 =
Figure imgf000017_0001
Qt est le débit de gaz d'échappement (7) au travers de la turbine (2),
Ht est la puissance de la turbine (2), ηt est le rendement de la turbine (2),
Tut est la température en amont de la turbine (2),
Rt est le rapport de détente de la turbine (2), l'indice (n- 1) indiquant ici qu'il est déterminé à l'intervalle de temps
(n-1) précédent,
Cpt est une première constante thermodynamique du gaz d'échappement (7),
Yt est une seconde constante thermodynamique du gaz d'échappement (7) .
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, où le rapport de détente (Rt) de la turbine (2) est calculé en fonction de la puissance (Ht) de la turbine (2), du débit (Qt) de gaz d'échappement (7) au travers de la turbine (2), du rendement (ηt) de la turbine (2), de la température (Tut) en amont de la turbine (2), selon la formule :
Figure imgf000018_0001
Rt est le rapport de détente de la turbine (2),
Ht est la puissance de la turbine (2),
Qt est le débit de gaz d'échappement (7) au travers de la turbine (2), l'indice (n-1) indiquant ici qu'il est déterminé à l'intervalle de temps (n-1) précédent, ηt est le rendement de la turbine (2),
Tut est la température en amont de la turbine (2),
Cpt est une première constante thermodynamique du gaz d'échappement (7),
Yt est une seconde constante thermodynamique du gaz d'échappement (7) .
13. Procédé selon la revendication 12, où le débit (Qt) de gaz d'échappement (7) au travers de la turbine (2) est calculé en fonction du débit corrigé (Qt cor) de gaz d'échappem s de la turbine (2) selon la formule : où
Figure imgf000018_0002
Qt est le débit de gaz d'échappement (7) au travers de la turbine (2), l'indice (n-1) indiquant ici qu'il est déterminé à l'intervalle de temps (n-1) précédent, Qt cor est le débit corrigé de gaz d'échappement (7) au travers de la turbine (2),
Put est la pression en amont de la turbine (2), l'indice (n-
1) indiquant ici qu'elle est déterminée à l'intervalle de temps (n-1) précédent, et Tut est la température en amont de la turbine (2) .
14. Procédé selon la revendication 13, où le débit corrigé (Qt cor) de gaz d'échappement (7) au travers de la turbine (2) est calculé en fonction du rapport de détente (Rt) de la turbine (2) au moyen d'une fonction (f5) du rapport de détente (Rt) de la turbine (2), ladite fonction (f5) étant définie par une cartographie à une dimension.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, où la première constante thermodynamique (Cpt) du gaz d'échappement (7) est égale à 1136 J/kg/K, et où la seconde constante thermodynamique (γc) du gaz d'échappement (7) est égale à 1,34.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, où le rendement (ηt) de la turbine (2), est calculé en fonction du régime corrigé (Ncor) du turbocompresseur (1) et du rapport de détente (Rt(n-1)) de la turbine (2) déterminé à l'intervalle de temps (n-1) précédent, au moyen d'une fonction (f3) du régime corrigé (Ncor) du turbocompresseur (1) et du rapport de détente (Rt) de la turbine (2), ladite fonction (f3) étant définie par une cartographie à deux dimensions .
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, où la pression (Put) en amont de la turbine (2) est calculée selon la formule : Put = PdtRt , où
Put est la pression en amont de la turbine (2), Pdt est la pression en aval de la turbine (2) et Rt est le rapport de détente de la turbine (2) .
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes où le débit (Qc) d'air d'admission (5) au travers du compresseur (3) , la pression (Pdc) en aval du compresseur (3) et la température (Tut) en amont de la turbine (2) sont mesurés par des capteurs, et où la pression (Puc) en amont du compresseur (3) , la température (Tuc) en amont du compresseur
(3) et la pression (Pdt) en aval de la turbine (2) sont déterminées par un estimateur.
19. Dispositif apte à mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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